メッシュベースジオメトリ
ACIS形式とは異なり、Mesh-Based Geometry(MBG)はサードパーティ製ライブラリではなく、CUBITでの利用を目的に開発された機能です。CUBITのメッシュ生成ツールの多くは、基礎となるジオメトリ表現を必要とします。しかし、有限要素モデルしか利用できない場合も多くあります。その場合、CUBITでは有限要素メッシュをインポートし、そのメッシュから完全な境界表現(B-rep)のソリッドモデルを構築できます。構築したソリッドモデルは、その後のメッシュ改善にも利用できます。ACISの基礎ジオメトリ表現では通常、非一様有理Bスプライン(NURBS)を使用しますが、Mesh-Based Geometryでは ファセット 表現を使用します。Mesh-Based Geometryを生成するには、 Exodus II形式ファイルをインポート するか、 ファセットファイルをインポートします.
従来のCADジオメトリで実行できる操作の多くは、メッシュベースジオメトリでも実行できます。すべてのメッシュ生成操作を利用できますが、ジオメトリ操作のうち利用できるものは一部に限られます。たとえば、メッシュベースのジオメトリエンティティでは次の操作を実行できます:
現在、メッシュベースジオメトリでは利用できない操作には次があります:
メッシュベースジオメトリモデルの作成
メッシュベースジオメトリモデルは、次の2通りの方法で作成できます
どちらの方法でもメッシング可能なジオメトリを作成できますが、両者には重要な違いがあります:
Exodus IIファイル
Exodus IIには、3D要素、2D要素、1D要素、さらには0D要素を含むメッシュ表現を格納できます。変形情報や境界条件情報を含む場合もあります。import mesh geometryコマンドは、これらの情報を解釈し、メッシュ面をサーフェス表現の基礎として完全なソリッドモデルを作成するよう設計されています。Exodus IIは、すでにメッシュ化されたソリッドモデルを修正または再メッシュする場合によく使用されます。Exodus IIファイルをインポートすると、ジオメトリとメッシュの両方のエンティティが生成され、メッシュエンティティは対応するジオメトリ所有者に適切に割り当てられます。 メッシュを削除し 、 再メッシュ, 細分化 または スムージング といった操作は、Exodus IIモデルで一般的に行われます。
ファセットファイル
CUBITが対応するファセットファイル形式は、医用画像、地盤工学データ、グラフィックスのファセットなど、離散データを生成する処理から作られることが一般的です。ファセットファイルをインポートすると、三角形だけで定義されたサーフェス表現が生成されます。ファセットファイル内の三角形が完全に閉じたボリュームを形成していれば、メッシング可能なボリュームを生成できます。ボリュームが完全に閉じていない場合や、品質が十分でない場合に備えて、 限定的なツール群 が用意されています。さらに、CUBITの標準メッシングツールに加えて、 三角形ファセット そのものをFEAメッシュの基礎として使用できます。
メッシングに適したメッシュベースジオメトリモデルへの改善
一般的なイメージング処理から得られる三角形分割表現は、メッシュ生成用のジオメトリ表現として使用するには品質が十分でない場合が多くあります。そのためCUBITには、三角形分割表現のクリーンアップや修復を支援するための限定的なツールが用意されています。
1. tolerance をSTLファイルで使用する
特にStereolithography(STL)ファイルでは問題が生じることがあります。 STLのインポート機構 には tolerance 近接してほぼ一致する頂点をマージするためのオプションがあります。
2. stitch オプションをAVSおよびファセットファイルで使用する
stitchオプションを import facets|avs コマンドで使用すると、近接してほぼ一致する頂点やエッジを共有する三角形同士を接合できます。ファセットベースのサーフェスを結合して水密モデルを生成する場合に有用です。
3. improve オプションをファセットファイルで使用する。
improve オプションを import facets コマンドで使用すると、三角形分割の境界にある短いエッジを縮退させます。このオプションにより、境界三角形の品質を改善できます。
ファセットサーフェス表現を構成する個々の三角形は、形状品質が低い場合があります。メッシュ要素と同様に、CUBITでは次のコマンドを使用してファセットもスムージングできます。
Smooth <surface_list> Facets [Iterations <value>] [Free] [Swap]
このコマンドを使用するには、サーフェスが未メッシュである必要があります。ファセットのスムージングには単純な Laplacian(ラプラシアン) スムージングアルゴリズムを使用し、三角形が裏返らないようにする追加ロジックを備えています。また、局所的なサーフェス接平面を求めて三角形の頂点をその平面へ投影し、ボリュームが「収縮」しないようにします。 iterations オプションでは、各ファセット頂点に対して実行するLaplacianスムージングの反復回数を指定できます(既定値は1です)。
free オプションを使用すると接平面への投影を無視できます。過度に使用すると、 free オプションによってモデルが一点まで潰れる可能性があります。1~2回程度の反復で、三角形を有限要素メッシュに使用できる程度まで改善できる場合があります。
swap オプションでは、三角形分割に対して局所的なエッジスワップを実行できます。各三角形の品質を評価し、三角形群の最小品質が改善する場合にエッジを入れ替えます。
既存のファセットベースサーフェスからオフセットサーフェスを生成できます。三角形の単一サーフェスしか与えられていない場合に、薄い膜状のボリュームが必要となる用途で使用します。これは標準の create body offset コマンドで実行できます。
このコマンドの結果、内側と外側のサーフェスがわずかな距離を隔てた単一Bodyが作成され、通常は tetメッシング。このコマンドは現在、生成サーフェスの自己交差が最小限となる小さなオフセットにのみ有効です。初期状態が単一の水密サーフェスで構成されるBodyに特に有用です。
閉じたサーフェス集合からメッシュベースジオメトリのボリュームを作成できます。標準のcreate body surfaceコマンドと同じ方法で実行します。
Create Body Surface <surface_id_range>
このコマンドは、境界で三角形のエッジと頂点が一致するサーフェスに限られます。内部で三角形をマージして水密モデルを作成し、通常は tetメッシング.
メッシュベースモデルのメッシング
メッシュベースモデルもCUBITの他のジオメトリと同様に、まず スキームを設定, サイズを指定 し、 meshコマンドを実行。この標準的なメッシュ生成方法は、数千の三角形を含む複雑なファセットモデルでは時間がかかり、エラーも起こりやすくなります。CUBITでは、ファセットそのものをサーフェス三角形メッシュとして使用する方法、または四面体メッシャーへの入力として使用する方法も用意されています。次の2つの方法で実行できます:
Mesh <entity_list> From Facets
このコマンドは、サーフェス上の各ファセットに対して三角形有限要素を生成します。 entity_list が1つ以上のボリュームで構成されている場合、四面体メッシュが内部を自動的に充填します。この方法は、インポート後に三角形の追加クリーンアップやスムージングが必要な場合に有用です。
Import Facets <filename> Make_elements
make_elementsオプションを import facets コマンドで指定すると、ファセットの読み込み・生成時にサーフェス上の三角形有限要素を生成します。ファセットに追加修正が不要な場合に便利です。
この方法で三角形有限要素を作成すると、メッシュ生成を大幅に高速化できますが、 非多様体トポロジに限定されます。三角形要素を四面体メッシングに使用する場合は、三角形分割の各エッジに接続される三角形が2つ以下である必要があります。
メッシュベースジオメトリのエクスポート
メッシュベースジオメトリモデルとそのメッシュは、次のいずれかの方法でエクスポートできます:
Exodus II
Exodus IIファイルへエクスポートすると、有限要素メッシュとモデルに設定された境界条件が保存されます。一方、メッシュベースジオメトリのサーフェス表現を構成する個々のファセットは保存されません。この方法で保存したExodus IIファイルを再インポートすると、保存されたメッシュの解像度に対応したサーフェスが再生成されます。
CUBITでは、サーフェス表現だけをファセットまたはSTLファイルに保存することもできます。ファセットまたはSTLファイルの保存には次のコマンドを使用できます:
Export Facets 'filename' <entity_list> [Overwrite]
Export STL [ASCII|Binary] 'filename' <entity_list> [Overwrite]
これらのコマンドでは、指定したサーフェスまたはボリュームだけをファセットファイルへ保存できます。コマンドでエンティティを指定しない場合、モデル内のすべてのサーフェスがファイルへエクスポートされます。 overwrite オプションを指定すると、同名ファイルが存在していても 現在の作業ディレクトリ上で強制的に上書きされます.